【文档说明】2023-2024学年高一物理人教版2019必修第二册同步试题 7.5 相对论时空观与牛顿力学的局限性（基础达标练） Word版含解析.docx，共(7)页，169.733 KB，由小赞的店铺上传

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7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性（基础达标练）（解析版）一、单选题（本大题共10小题）1.下列说法正确的是()A.牛顿定律适合于解决宏观、低速的物体运动问题B.在真空中相对于不同的惯性参考系光速是不同的C.在高速运动的列车中的钟表比静止在地面上的钟表走的快D.在地面观察高速行进

的列车时，测其长度会比它静止时的长度大【答案】A【解析】1、狭义相对论的两个基本假设：①物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式，这叫做相对性原理；②在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值𝑐，这叫光速不变原理；它告诉我们光(在真空中)的速度𝑐是恒定

的，它不依赖于发光物体的运动速度。2、狭义相对论的几个重要的效应：①钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；②尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成

一个点；③质量变大：质量(或能量)并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大。【解答】A.牛顿定律是经典物理学的基础，仅适用于低速、宏观领域，故A正确；B.根据狭义相对论可知，在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值𝑐，这叫光速不变原理，故B错误；C.

根据狭义相对论的钟慢效应可知，在高速运动的列车中的钟表比静止在地面上的钟表走的慢，故C错误；D.根据狭义相对论的尺缩效应可知，在地面观察高速行进的列车时，测其长度会比它静止时的长度小，故D错误。故选A。2.关于经典力学和相对论，下列说法正确的是()

A.经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容B.相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的C.相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系D.经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例【答案】D【解析】解：A、经典力学是狭义相对论在低速(v≪c)条件下的近似，即只要速度远

远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A错误；B、C、相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围；故BC错误；D、经典力学是狭义相对论在低速(v≪c)条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，故D

正确。经典力学是狭义相对论在低速(v≪c)条件下的近似，牛顿经典力学只考虑了空间，而狭义相对论既考虑了空间，也考虑了时间，牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速物体适用于狭义相对论．本题主要考查了狭义相对论和经典力学之间的区别与联系，如果理解不深，就很容易出

错．3.下列运动不能用经典力学解释的是()A.火箭携带卫星飞向太空B.电子以接近光速的速度运动C.战斗机从辽宁号航母上起飞D.高铁列车从盐城向北京飞驰【答案】B【解析】明确经典力学的适用范围，知道经典力学的适用范围是宏观、低速情形，高速情形要用相对论，微观粒子运动要用量子力

学。本题应明确经典力学的局限性，明确当物体的速度接近光速时，从相对论角度来说，时间延长、空间缩短、质量增加，不能适用于经典力学。【解答】经典力学适用于低速宏观的物体，不适用于微观高速物体，故电子以接近光速的速度运动不能用经典力学描述，列车的行驶、火箭与人造卫星的运行、战斗机的

起飞等都能用经典力学描述，故ACD错误，B正确。故选B。4.下列运动不能用经典力学解释的是A.火箭携带卫星飞向太空B.电子以接近光速的速度运动C.战斗机从辽宁号航母上起飞D.高铁列车从盐城向北京飞驰【答案】B【解析】经典力学适用范围的描述是：经典力学只适用于解决宏观物体的低速运动问

题，不能用来处理高速运动问题；经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子，据此进行分析即可。本题的关键是掌握经曲力学的适用范围。【解答】经典力学只适用于解决宏观物体的低速运动问题，所以火箭携带卫星飞向太空、战斗机从辽宁号航母上起飞、高铁

列车从盐城向北京飞驰均能用经曲力学解释；而对于高速运动的微观粒子一般不适于用经曲力学解释，所以电子以接近光速的速度运动不能用经典力学解释，故B正确，ACD错误。故选B。5.下列情境中，经典力学不适用的是()A.研究地球绕太阳的运动B.轮船在大海上航行C.宇宙粒子以接近光速运动D.研究

飞机从北京飞往纽约的航线【答案】C【解析】牛顿运动定律的适用范围：(1)只适用于低速运动的物体(与光速比速度较低)；(2)只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观原子；(3)参照系应为惯性系。【解答】经典力学适用于

宏观、低速运动的物体，故经典力学不适用的是宇宙粒子以接近光速飞行，故C正确，A、B、D错误．6.一艘太空飞船静止时的长度为30𝑚，他以0.6𝑐(𝑐为光速)的速度沿长度方向飞行经过地球，下列说法正确的是()A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30𝑚B.地球上的观测者测得该飞船的长度

小于30𝑚C.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于𝑐D.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于𝑐【答案】B【解析】本题关键是记住狭义相对论的光速不变原理，知道运动中的尺缩效应。【解答】A

.飞船上的观测者测得该飞船的长度是静止时的长度，为30m，故A错误；B.地球上的观测者测得该飞船的长度是以0.6c的速度沿长度方向飞行时长度，为：l=l0√1−(vc)2=24m<30m，故B正确；C

D.根据狭义相对论的光速不变原理，飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度等于c，地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度也等于c，故CD错误。故选B。7.如图所示，按照狭义相对论的观点，火箭𝐵是“追赶”光的;火箭𝐴是“迎着”光飞行的，若火箭相对地面的速度均

为𝑣，则两火箭上的观察者测出的光速分别为()A.无法确定B.𝑐+𝑣，𝑐−𝑣C.𝑐−𝑣，𝑐+𝑣D.𝑐，𝑐【答案】D【解析】此题掌握狭义相对论的基本原理，并能分析具体问题即可。爱因斯坦相对论基本原理之一

是：光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，即光速的大小与参考系的选择无关．据此分析即可。【解答】根据狭义相对论的观点：光速不变原理，即光速的大小与光源以及观察者的运动无关，所以两火箭上的观察者测出的光速都是c；故ABC错误，D正确。8.假设有一个

舞蹈演员用5𝑠完成一个舞蹈动作，一艘飞船相对此演员以0.5𝑐的速度匀速飞过(𝑐为真空中的光速)，则飞船上的观察者认为此舞蹈演员完成该动作所用的时间()A.小于5𝑠B.等于5𝑠C.大于5𝑠D.等于4𝑠【

答案】C【解析】理解狭义相对论的两个基本假设，相对论中的质量与速度的关系，时间与速度的关系。本题考查了爱因斯坦相对论效应中的长度和时间的相对性公式，关键记住公式。【解答】根据狭义相对论可知，飞船相对此演员以0.5c的速度匀速飞过，飞船上的观察者认为此演员完成该动作所用的时

间t=t0√1−(vc)2>t0=5s，可知飞船上的观察者认为此舞蹈演员完成该动作所用的时间大于5s，选项C正确。故选C。9.如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者𝐴观察到钟的面积为𝑆，另一观察者𝐵以0.8𝑐的速度沿平行于𝑦轴的方向运动，

观察到钟的面积为𝑆′.则𝑆和𝑆′的大小关系是()A.𝑆>𝑆′B.𝑆=𝑆′C.𝑆<𝑆′D.无法判断【答案】A【解析】根据爱因斯坦的狭义相对论分析。掌握爱因斯坦狭义相对论是求解的关键。【解答】观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，根据爱因斯坦的相

对论尺缩效应可知，B观察到的钟沿y轴方向的直径将减小，而沿z轴方向的直径不变，钟的面积将与静止的观察者看到的面积要小，即S>S′，故A正确，BCD错误。故选A。10.如图所示，一同学在教室上课，教室的长度为9𝑚，教室中间位置有一光源。有

一飞行器从前向后高速通过教室外侧，已知光速为𝑐、飞行器中的飞行员认为A.从光源发出的光先到达教室后壁B.教室中的时钟变快C.教室的长度大于9𝑚D.光源发出的光，向后的速度小于𝑐【答案】A【解析】本题主要考查相对论的理解和应用。根据光速不变原理可知，真空中的光速

在不同的惯性参考系中大小都是相同的；根据相对论时空观的时间延缓效应和长度收缩效应即可分析教室中的时钟和教室的长度。【解答】A.教室中的人认为，光向前向后传播的速度相等，光源在教室中央，光同时到达前后两

壁，飞行器中的飞行员是一个惯性系，光向前向后传播的速度相等，向后壁传播的路程短些，到达后壁的时刻早些，故A正确；BC.根据爱因所坦的相对论，时间延缓效应和长度收缩效应，可知飞行器中的飞行员认为看到教室中的时钟变慢，教室的长度变短，即长度小于9m

，故BC错误；D.根据光速不变原理，不论光源与观察者之间做怎样的相对运动，光速都是一样的，故D错误。二、简答题（本大题共2小题）11.简述爱因斯坦在狭义相对论中提出的两个基本假设。【答案】答：(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。(2)

光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样。12.爱因斯坦的相对论时空观与牛顿的时空观有何不同对此你如何理解？【答案】解：爱因斯坦的狭义相对论和经典力学的时空观区别是：时间进程不同、空间不同、物质对空间和时间的影响。时间进程不同：经典时空观

在任何惯性参考系，时间进程的速度都是一样的；狭义相对论时空观时间的流逝速度是相对的。空间不同：经典时空观空间是平坦均匀处处一样的，狭义相对论时空观空间和时间是联系在一起的，时空不平坦。物质对空间和时间的影

响：经典时空观空间物质本身不对时间和空间产生作用和影响，狭义相对论时空观物体会对周围的时空产生影响，比如大质量的黑洞的超强引力能使其周围的时空严重扭曲，以致于时间进程几乎终止。故答案为：见解析【解析】爱因斯坦的狭义相对论和

经典力学的时空观区别是：时间进程不同、空间不同、物质对空间和时间的影响。本题考查爱因斯坦的狭义相对论和经典力学的时空观区别，属于基础理论知识的理解，难度不大。